Меню

Будет ли проводить электрический ток бензин

6 полезных советов владельцам бензогенераторов и тем, кто только собирается их купить

В первой части материала — 8 простых шагов для осознанной покупки бензогенератора, мы рассказали, как выбрать генератор и рассчитать его мощность. Во второй части собраны практические советы участников FORUMHOUSE, как поддерживать генератор в «боевом состоянии», чтобы, при отключении электричества, не бегать вокруг него с бубном, а завести на раз-два.

  • Почему нужно хранить генератор в «боевом» режиме
  • Надо ли заводить генератор при простое
  • Как правильно выключить генератор
  • Сколько бензина оставлять в баке
  • Как обслуживать генератор во время простоя
  • Как без проблем завести генератор зимой

Почему нужно хранить генератор в «боевом» режиме

Итак, вы купили бензогенератор. Поставили в бытовку, где он ждёт своего часа «Х». Проходит время. Однажды, а это, как назло — зима, в доме пропадает электричество. Вы идёте в хозблок, думая, что вот он — настал момент истины, не зря я заплатил деньги за электростанцию. Пытаетесь завести генератор, а он… не заводится, не с электростартера, не «ручным» способом. Ситуация не из приятных, не так ли, и как её избежать?

У меня за год электричество вырубали уже два раза. Хорошего в этом мало. Поэтому я купил себе бензогенератор. Генератор я держу полностью заправленным. В случае чего, он должен запитать дом электричеством. Подскажите:

  • Надо ли раз в месяц или раз в полгода заводить генератор?
  • Надо ли периодически менять бензин?
  • Как поддерживать электростанцию в боевом состоянии, если за год, свет ни разу не выключат?
  • Как часто подзаряжать аккумулятор небольшой ёмкости, который идёт в комплекте с генератором?

Узнали себя? А теперь ответы на эти и многие другие вопросы, и рекомендации опытных пользователей FORUMHOUSE. Поехали!

Как часто заводить генератор при простое?

Я занимаюсь монтажом и обслуживанием электростанций. По поводу простоя — рекомендую вам заводить генератор: зимой, раз в неделю, а летом, раз в месяц, и, при этом, дайте ему хорошую нагрузку! Если генератор плохо заводится, замените бензин на свежий, а старое топливо залейте в автомобиль и ездите.

Я провожу пробные пуски электростанции спонтанно. После того, как генератор помолотил 2-3 минуты, даю ему нагрузку — подключаю строительный фен мощность 1.5 кВт. Глушу аппарат через пять минут, как только картер двигателя становится тёплым. Масло меняю весной и осенью.

Я поставил свой генератор в гаражной пристройке. Есть электрозапуск. Корпус утеплён. Раз в месяц запускаю электростанцию. Даю ей немного поработать и выключаю её. Важный момент! Глушу генератор, перекрыв кран подачи топлива, до полной выработки бензина. Так карбюратор не закоксуется.

Почему нужно выключать двигатель генератора, закрыв кран подачи топлива?

Послушайте совет пользователя портала, который профессионально занимается обслуживанием электрических станций.

Чаще всего генератор не заводится из-за неисправности топливной системы. Поэтому я рекомендую:

  • Держите карбюратор сухим.
  • Выключайте генератор, перекрыв топливный кран, пока не выработается всё топливо.

Так и бензина в карбюраторе не останется, и электрическая часть станции равномернее остынет. Это особенно полезно для трёхфазных генераторов. Сколько раз уже было. Клиент купил станцию лет 5 назад. Залил в бак бензин. Ни разу не заводил генератор и не менял топливо. Вырубили свет, а генератор не заводится. Человек звонит мне и спрашивает, что ему делать? И каждый раз, причина в карбюраторе и в топливной системе. Для поддержания боевого состояния генератора советую:

  • Заводите его раз в месяц и гоняйте под нагрузкой 30 минут.
  • Выключайте – перекрыв топливный кран.
  • Масло меняйте по наработке или раз в год.
  • При покупке нового генератора обкатывайте его при 50% мощности.

Важный нюанс: зимой, не рекомендуется держать бак генератора полупустым или оставлять топливо на донышке. Заправляйте полный бак. Почему? При минусовых температурах и внезапных оттепелях, металл изнутри, если бак полупустой, запотевает. Потом эта изморозь тает и в бензин попадает вода.

Как вы храните и эксплуатируете бензогенератор? Есть секреты?

У меня генератор мощностью 6.5 кВт. Аккумулятор 12 В. Ёмкость 14 A*ч. За 3 года эксплуатации, станция меня ни разу не подвела. Включаю её два-три раза в месяц. Генератор стоит в сарае, в 10 м от дома. Раз в месяц покупаю топливо и меняю бензин в баке. Бензин из бака заливаю в машину. Весной и поздней осенью снимаю аккумулятор и делаю профилактику. В доме, в электрощите, стоит переключатель — перекидной рубильник. Если свет выключили, отключаю вводной автомат и переключаю питание на генератор. Завожу генератор. Прогреваю его две минуту и включаю подачу тока от генератора. Возобновление подачи электроэнергии контролирую световым сигналом на щите.

А я поставил будку в 15 м от дома. Там стоит генератор и заведена сеть на случай, если что-то нужно сделать в темное время. От генератора идет проводка в дом, на щиток, где стоит переключающий рубильник: сеть — генератор.

Какой поставить аккумулятор на генератор, чтобы станция без проблем завелась в мороз?

Если генератор стоит на улице на холоде, то стандартный гелиевый аккумулятор я рекомендую заменить на обычный автомобильный кислотник, более высокой ёмкости. Для зарядки аккумулятора, если в АВР (автомат ввода резерва), нет своего зарядника, цепляете обыкновенный импульсный блок питания на 2-3 А и выставляете на нем 13.7 В.

При температурах -30 градусов Цельсия и ниже, практически все бензиновые генераторы не заводятся или заводятся с трудом.

Хотите гарантированный запуск станции в сильные морозы, берите автомобильный аккумулятор ёмкостью в 55-65 А*ч. Или ставьте генератор в утеплённом и отапливаемом месте.

Для бензинового мотора, для уверенного старта на морозе, важно, чтобы воздушный фильтр был чистый, топливо свежее, аккумулятор заряженный, свечи зажигания не залиты, а масло выбрано по сезону.

Выводы

Подведём итоги. Чтобы не мучиться с генератором, когда он больше всего нужен, выполняйте нехитрые требования:

  1. Периодически, раз в месяц, заводите электростанцию и дайте ей поработать под нагрузкой.
  2. Заливайте свежее топливо.
  3. Заправляйте полный бак.
  4. Зимой поставьте обычный автомобильный аккумулятор, более высокой ёмкости, чем штатный (если он шел в комплекте к генератору).
  5. Выключайте генератор, перекрыв кран подачи топлива.
  6. Делайте ТО и выполняйте требования производителя, написанные в инструкции по эксплуатации.

Ещё больше информации собрано в теме Хранение генератора в боевом режиме.

  • Как отопить коттедж площадью 200 кв. м зимой, электричеством за 1500 рублей в месяц: что такое фундамент УШП, преимущества теплого водяного пола и теплоаккумулятора, во сколько обходится отопление дома электричеством.
  • Самодельный теплоаккумулятор для твердотопливного котла: преимущества, конструктив, схема врезки в систему отопления.
  • Дрова и уголь против топливных брикетов: выявляем сильнейшего: особенности отопления дровами, преимущества и недостатки топливных брикетов и угля, экономическая выгода разных видов твердого топлива.

В видео — Выбор модульного оборудования для электрического щитка: аппараты защиты и управления, типы автоматических выключателей, защита от перенапряжений, контакторы.

Читайте также:  Указать основные конструктивные детали машин постоянного тока

Источник

Проводит ли бензин электрический ток

Здесь легко и интересно общаться. Присоединяйся!

Ничего не будет ,
а вот если смешать
ИСКРУ и бензин — будет огонь ,
( зажигалка типа ZIPPO)
а
ИСКРУ и пары бензина — будет детонация ( БАМЦ . )

Бензин не проводит ток. Поэтому у большинства автомобилей электробензонасосы помещены прямо в бензобак. Взрыв будет если искра воспламенит смесь воздуха и бензина, т. е. пары. А жидкий бензин не так уж опасен.

а ты попробуй. ТОГДА МЫ ВСЕ УЗНАЕМ. хотя нет затратно, потом будем всем сайтом на венок скидываться. лучше не эксперементируй

Раздел: Нефтепродукты

Ни нефть, ни иные производные от нее продукты не проводят электричество. Однако в них могут накапливаться заряды, которые способны достигать величин в несколько тысяч вольт. Так происходит в результате трения частиц и слоев между собой, трения сырья о стены цистерн, о резервуары. И этого напряжения достаточно для того, чтобы могла возникнуть искра, которая воспламенит собой всю массу нефтепродуктов.

Во избежание таких ситуаций и в целях недопущения несчастного случая все оборудование, включая причалы, сооружения для слива и загрузки, все тупики должны быть заземлены. Заземляются и цистерны, наливные суда, прочие технические средства, где происходит слив и налив топлива. При этом электросопротивление контуров заземления устройств и контуров не превышает 100 Ом.

Если нефть имеет в себе воду, соли, кислоты и щелочи, она начинает проводить ток, и токопроводность зависит от того, сколько в ней примесей, насколько они перемешаны и равномерны. То есть от того, какое качество есть у нефтяной эмульсии.

Реактивные топлива (Электрические свойства топлива)

Электрические свойства топлива определяют пожаробезопасность процесса заправки им топливозаправщиков и летательных аппаратов и работу топливоизмерительной аппаратуры. Случаи взрывов и пожаров, возникающих при эксплуатации авиационной техники из-за разрядов статического электричества, зарегистрированы как в России, так и за рубежом.

В связи с тем, что реактивные топлива состоят, в основном, из соединений, которые неполярны или слабополярны, топлива являются практически диэлектриками, т.е. плохо проводят электрический ток. Это качество топлива определяет способность к накоплению зарядов в его объеме при перекачке.

Заряды возникают при наличии в топливе незначительных количеств полярных соединений и воды. Осушенные и очищенные от полярных соединений углеводороды и топлива практически не электризуются. Однако топлива такой степени очистки на практике в обращение не поступают, и все товарные топлива представляют потенциальную опасность искрообразования от статического электричества.

Электрические свойства топлива в значительной степени определяются удельной электрической проводимостью, которая для товарных реактивных топлив выражается в единицах пикоСименс/метр (1пСм/м = 10 Ом м). Электропроводность реактивных топлив не является величиной постоянной, а зависит от температуры и увеличивается с ее ростом. Для товарных стандартных топлив она не превышает 10пСм/м.

Установлено, что наибольшую опасность от разрядов опасность от разрядов статического электричества представляют товарные топлива с электропроводностью 4-7 пСм/м.

Топлива с таким уровнем электропроводности не обеспечивают безопасность перекачки, заправки летательных аппаратов. При движении такого топлива по трубопроводам происходит его электризация, образование в нем электрического заряда, который в силу малой проводимости топлива не релаксируется, а переносится в топливный бак и приводит к накоплению в объеме перекаченного топлива опасного уровня статического электричества, в ряде случаев бывает достаточного, чтобы вызвать электрический разряд.

Основными критериями, характеризующими степень электризации, являются напряженность электрического поля поверхности топлива в баке и величина заряда, перенесенного в разряде (Q, мкКл), а также объемная плотность заряда (pт, мкКл/м3). Чем больше электропроводность топлива, тем быстрее релаксируется заряд и его накопление не происходит.

При прочих равных условиях электризация возрастает с повышением скорости перекачки и степени фильтрации.

С целью обеспечения пожаробезопасности от статического электричества введены ограничения на скорости перекачки реактивных топлив.

По данным В.Н. Гореловой и В.В. Малышева максимально допустимая скорость заправки авиатехники топливом составляет: для топлива Т-2 — 500 л/мин, ТС-1 и РТ-700 л/ми7, Т-8 и Т-8В — 1100 л/мин, Т-6 — не ограничена.

Основная электризация происходит на фильтрах, особенно на фильтрах тонкой очистки. Электризация топлива при фильтрации может возрастать в 200 раз. Поэтому с повышением требований к чистоте топлива, т.е. с увеличением тонкости фильтрации опасность воспламенения топливо-воздушных смесей от разрядов статического электричества значительно возрастает.

Существуют различные технические способы защиты от статического электричества: нейтрализаторы, азотирование воздушных подушек над топливом, антиэлектризующие фильтры. Однако они лишь локально решают проблему.

Единственным способом, обеспечивающим и гарантирующим безопасность прокачки топлив и заправки авиатехники и танкеров, является применение антистатических присадок.

Источник

Электричество из бензина с помощью топливного элемента

Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали первый топливный элемент, способный конвертировать углеводородное топливо, такое как авиационный керосин или автомобильный бензин непосредственно в электричество, минуя стадию.

Электричество из бензина с помощью топливного элемента

Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали первый топливный элемент, способный конвертировать углеводородное топливо, такое как авиационный керосин или автомобильный бензин непосредственно в электричество, минуя стадию предварительных преобразований. Их изобретение открывает путь к созданию эффективных источников электричества для самолётов и автомобилей.

Результаты работы профессоров Су Ха (Su Ha) и М. Гранта Нортона (M. Grant Norton) опубликованы в журналах Energy Technology и Journal of Power Sources. Исследование началось около десяти лет назад с целью создания твёрдо-оксидного топливного элемента для электропитания оборудования коммерческих самолётов.

Топливные элементы предоставляют чистый и эффективный способ преобразования химической энергии топлива в электрическую. Кроме того, что они эффективнее других способов генерации и способствуют сокращению выбросов в атмосферу вредных веществ, топливные элементы не производят шума во время работы, что особенно полезно при обслуживании реактивных лайнеров, когда их двигатели выключены.

Твёрдо-оксидные топливные элементы похожи на аккумуляторные батареи. У элемента есть катод, анод и электролит, но для получения непрерывного электрического тока он нуждается в топливе. Процесс преобразования топлива, основанный на электрохимических реакциях, примерно в 4 раза эффективнее, чем выработка электричества с использованием двигателей внутреннего сгорания.

Электричество из бензина с помощью топливного элемента

Твёрдо-оксидный топливный элемент отличается от других разновидностей тем, что он изготовлен из твёрдых материалов, а также тем, что электрический ток создаётся потоком ионов кислорода.

Как правило, элементы используют простое топливо, так называемый синтезированный газ из смеси водорода и окиси углерода. Чтобы избавиться от дополнительного веса устройств предварительного преобразования, исследователи поставили перед собой задачу создать топливный элемент, в который можно было бы подавать непосредственно жидкое топливо.

Кроме разработки нового процесса, учёным пришлось решить проблему нейтрализации серы, которая присутствует во всех видах ископаемого топлива. Она приводит к коксованию и быстрому выходу из строя топливных элементов.

Используя уникальный материал для катализатора и инновационный технологический способ обработки, Ха и Нортон совместно с коллегами из Университета Кёнг Хи в Южной Корее и компанией Boeing создали высокопроизводительный топливный элемент, работающий напрямую с авиационным топливом и его заменителями.

Читайте также:  Ток потребления центрального замка

Исследователи предполагают, что их топливный элемент будет использоваться для питания вспомогательного авиационного оборудования. В настоящее время эти устройства, среди которых навигационные приборы, освещение и др. использует энергия турбин. По мнению Ха, две технологии могли бы дополнить друг друга и взаимно компенсировать системные недостатки.

Кроме того, разработчики использовали для питания топливных элементов автомобильный бензин, что даёт надежду на то, что экономичные транспортные средства смогут использовать существующую инфраструктуру заправочных станций вместо того, чтобы ждать, пока появится сеть водородных заправок.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источник



Химия и ток

Какими в будущем станут привычные нам аккумуляторы и другие источники питания

В современной жизни химические источники тока окружают нас повсюду: это батарейки в фонариках, аккумуляторы в мобильных телефонах, водородные топливные элементы, которые уже используются в некоторых автомобилях. Бурное развитие электрохимических технологий может привести к тому, что уже в ближайшее время вместо машин на бензиновых двигателях нас будут окружать только электромобили, телефоны перестанут быстро разряжаться, а в каждом доме будет свой собственный электрогенератор на топливных элементах. Повышению эффективности электрохимических накопителей и генераторов электроэнергии посвящена одна из совместных программ Уральского федерального университета с Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН, в партнерстве с которыми мы публикуем эту статью.

На сегодняшний день существует множество разных типов батареек, среди которых все сложнее ориентироваться. Далеко не каждому очевидно, чем аккумулятор отличается от суперконденсатора и почему водородный топливный элемент можно использовать, не опасаясь нанести вред окружающей среде. В этой статье мы расскажем о том, как для получения электроэнергии используются химические реакции, в чем разница между основными типами современных химических источников тока и какие перспективы открываются перед электрохимической энергетикой.

Химия как источник электричества

Сначала разберемся, почему химическую энергию вообще можно использовать для получения электричества. Все дело в том, что при окислительно-восстановительных реакциях происходит перенос электронов между двумя разными ионами. Если две половины химической реакции разнести в пространстве, чтобы окисление и восстановление проходили отдельно друг от друга, то можно сделать так, чтобы электрон, который отрывается от одного иона, не сразу попадал на второй, а сначала прошел по заранее заданному для него пути. Такую реакцию можно использовать как источник электрического тока.

Впервые эта концепция была реализована еще в XVIII веке итальянским физиологом Луиджи Гальвани. Действие традиционного гальванического элемента основано на реакциях восстановления и окисления металлов с разной активностью. Например, классической ячейкой является гальванический элемент, в котором происходит окисление цинка и восстановление меди. Реакции восстановления и окисления проходят, соответственно, на катоде и аноде. А чтобы ионы меди и цинка не попадали на «чужую территорию», где они могут прореагировать друг с другом непосредственно, между анодом и катодом обычно помещают специальную мембрану. В результате между электродами возникает разность потенциалов. Если соединить электроды, например, с лампочкой, то в получившейся электрической цепи начинает течь ток и лампочка загорается.

Схема гальванического элемента

Основным недостатком гальванического элемента является ограниченное время его работы. Как только реакция пройдет до конца (то есть будет полностью израсходован весь постепенно растворяющийся анод), такой элемент просто перестанет работать.

Пальчиковые щелочные батарейки

Возможность перезарядки

Первым шагом к расширению возможностей химических источников тока стало создание аккумулятора — источника тока, который можно перезаряжать и поэтому использовать многократно. Для этого ученые просто предложили использовать обратимые химические реакции. Полностью разрядив аккумулятор в первый раз, с помощью внешнего источника тока прошедшую в нем реакцию можно запустить в обратном направлении. Это восстановит исходное состояние, так что после перезарядки батарею можно будет использовать заново.

Автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор для мобильного телефона

Твердый электролит

В качестве другого менее очевидного способа повышения эффективности и безопасности батарей, химики предложили не ограничиваться в химических источниках тока жидкими электролитами, а создать полностью твердотельный источник тока. В таких устройствах вообще нет жидких компонентов, а есть слоистая структура из твердого анода, твердого катода и твердого же электролита между ними. Электролит при этом одновременно выполняет и функцию мембраны. Носителями заряда в твердом электролите могут быть различные ионы — в зависимости от его состава и тех реакций, которые проходят на аноде и катоде. Но всегда ими являются достаточно маленькие ионы, которые могут относительно свободно перемещаться по кристаллу, например протоны H + , ионы лития Li + или ионы кислорода O 2- .

Водородные топливные элементы

Возможность перезарядки и специальные меры безопасности делают аккумуляторы значительно более перспективными источниками тока, чем обычные батарейки, но все равно каждый аккумулятор содержит внутри себя ограниченное количество реагентов, а значит, и ограниченный запас энергии, и каждый раз аккумулятор необходимо заново заряжать для возобновления его работоспособности.

Чтобы сделать батарейку «бесконечной», в качестве источника энергии можно использовать не те вещества, которые находятся внутри ячейки, а специально прокачиваемое через нее топливо. Лучше всего в качестве такого топлива подойдет вещество, максимально простое по составу, экологически чистое и имеющееся в достатке на Земле.

Наиболее подходящее вещество такого типа — газообразный водород. Его окисление кислородом воздуха с образованием воды (по реакции 2H2 + O2 → 2H2O) является простой окислительно-восстановительной реакцией, а транспорт электронов между ионами тоже можно использовать в качестве источника тока. Протекающая при этом реакция является своего рода обратной реакцией к реакции электролиза воды (при котором под действием электрического тока вода разлагается на кислород и водород), и впервые такая схема была предложена еще в середине XIX века.

Но несмотря на то, что схема выглядит довольно простой, создать основанное на этом принципе эффективно работающее устройство — совсем не тривиальная задача. Для этого надо развести в пространстве потоки кислорода и водорода, обеспечить транспорт нужных ионов через электролит и снизить возможные потери энергии на всех этапах работы.

Принципиальная схема работы водородного топливного элемента

Водородный топливный элемент Toyota

Joseph Brent / flickr

Кроме реакции окисления водорода для топливных элементов предложено использовать и другие типы реакций. Например, вместо водорода восстановительным топливом может быть метанол, который кислородом окисляется до углекислого газа и воды.

Эффективность топливных элементов

Несмотря на все преимущества водородных топливных элементов (такие как экологичность, практически неограниченный КПД, компактность размеров и высокая энергоемкость), они обладают и рядом недостатков. К ним относятся, в первую очередь, постепенное старение компонентов и сложности при хранении водорода. Именно над тем, как устранить эти недостатки, и работают сегодня ученые.

Повысить эффективность топливных элементов в настоящее время предлагается за счет изменения состава электролита, свойств электрода-катализатора, и геометрии системы (которая обеспечивает подачу топливных газов в нужную точку и снижает побочные эффекты). Для решения проблемы хранения газообразного водорода используют материалы, содержащие платину, для насыщения которых предлагают использовать, например, графеновые мембраны.

Читайте также:  Решения задач по электрическим машинам постоянного тока

В результате удается добиться повышения стабильности работы топливного элемента и времени жизни его отдельных компонентов. Сейчас коэффициент преобразования химической энергии в электрическую в таких элементах достигает 80 процентов, а при определенных условиях может быть и еще выше.

Огромные перспективы водородной энергетики связывают с возможностью объединения топливных элементов в целые батареи, превращая их в электрогенераторы с большой мощностью. Уже сейчас электрогенераторы, работающие на водородных топливных элементах, имеют мощность до нескольких сотен киловатт и используются как источники питания транспортных средств.

Альтернативные электрохимические накопители

Помимо классических электрохимических источников тока, в качестве накопителей электроэнергии используют и более необычные системы. Одной из таких систем является суперконденсатор (или ионистор) — устройство, в котором разделение и накопление заряда происходит за счет образования двойного слоя вблизи заряженной поверхности. На границе электрод-электролит в таком устройстве в два слоя выстраиваются ионы разных знаков, так называемый «двойной электрический слой», образуя своеобразный очень тонкий конденсатор. Емкость такого конденсатора, то есть количество накопленного заряда, будет определяться удельной площадью поверхности электродного материала, поэтому в качестве материала для суперконденсаторов выгодно брать пористые материалы с максимальной удельной площадью поверхности.

Ионисторы являются рекордсменами среди зарядно-разрядных химических источников тока по скорости заряда, что является несомненным преимуществом данного типа устройств. К сожалению, они также являются рекордсменами и по скорости разряда. Энергоплотность ионисторов в восемь раз меньше по сравнению со свинцовыми аккумуляторами и в 25 раз меньше по сравнению с литий-ионными. Классические «двойнослойные» ионисторы не используют электрохимическую реакцию в своей основе, и к ним наиболее точно применим термин «конденсатор». Однако в тех вариантах исполнения ионисторов, в основе которых используется электрохимическая реакция и накопление заряда распространяется в глубину электрода, удается достичь более высоких времен разрядки при сохранении быстрой скорости заряда. Усилия разработчиков суперконденсаторов направлены на создание гибридных с аккумуляторами устройств, сочетающих в себе плюсы суперконденсаторов, в первую очередь высокую скорость заряда, и достоинства аккумуляторов — высокую энергоемкость и длительное время разряда. Представьте себе в ближайшем будущем аккумулятор-ионистор, который будет заряжаться за пару минут и обеспечивать работу ноутбука или смартфона в течение суток или более!

Несмотря на то, что сейчас плотность энергии суперконденсаторов пока в несколько раз меньше плотности энергии аккумуляторов, их используют в бытовой электронике и для двигателей различных транспортных средств, в том числе и в самых современных разработках.

Таким образом, на сегодня существует большое количество электрохимических устройств, каждое из которых перспективно для своих конкретных приложений. Для повышения эффективности работы этих устройств ученым необходимо решить ряд задач как фундаментального, так и технологического характера. Большинством этих задач в рамках одного из прорывных проектов занимаются в Уральском федеральном университете, поэтому о ближайших планах и перспективах по разработке современных топливных элементов мы попросили рассказать директора Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, профессора кафедры технологии электрохимических производств химико-технологического института Уральского федерального университета Максима Ананьева.

N + 1: Ожидается ли в ближайшем будущем какая-то альтернатива наиболее популярным сейчас литий-ионным аккумуляторам?

Максим Ананьев: Современные усилия разработчиков аккумуляторов направлены на замену типа носителя заряда в электролите с лития на натрий, калий, алюминий. В результате замены лития можно будет снизить стоимость аккумулятора, правда при этом пропорционально возрастут массо-габаритные характеристики. Иными словами, при одинаковых электрических характеристиках натрий-ионный аккумулятор будет больше и тяжелее по сравнению с литий-ионным.

Кроме того, одним из перспективных развивающихся направлений совершенствования аккумуляторов является создание гибридных химических источников энергии, основанных на совмещении металл-ионных аккумуляторов с воздушным электродом, как в топливных элементах. В целом, направление создания гибридных систем, как уже было показано на примере суперконденсаторов, по-видимому, в ближайшей перспективе позволит увидеть на рынке химические источники энергии, обладающие высокими потребительскими характеристиками.

Уральский федеральный университет совместно с академическими и индустриальными партнерами России и мира сегодня реализует шесть мегапроектов, которые сфокусированы на прорывных направлениях научных исследований. Один из таких проектов — «Перспективные технологии электрохимической энергетики от химического дизайна новых материалов к электрохимическим устройствам нового поколения для сохранения и преобразования энергии».

Группа ученых стратегической академической единицы (САЕ) Школа естественных наук и математики УрФУ, в которую входит Максим Ананьев, занимается проектированием и разработкой новых материалов и технологий, среди которых — топливные элементы, электролитические ячейки, металлграфеновые аккумуляторы, электрохимические системы аккумулирования электроэнергии и суперконденсаторы.

Исследования и научная работа ведутся в постоянном взаимодействии с Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН и при поддержке партнеров.

Какие топливные элементы разрабатываются сейчас и имеют наибольший потенциал?

Одними из наиболее перспективных типов топливных элементов являются протонно-керамические элементы. Они обладают преимуществами перед полимерными топливными элементами с протонно-обменной мембраной и твердооксидными элементами, так как могут работать при прямой подаче углеводородного топлива. Это существенно упрощает конструкцию энергоустановки на основе протонно-керамических топливных элементов и систему управления, а следовательно, увеличивает надежность работы. Правда, такой тип топливных элементов на данный момент является исторически менее проработанным, но современные научные исследования позволяют надеяться на высокий потенциал данной технологии в будущем.

Какими проблемами, связанными с топливными элементами, занимаются сейчас в Уральском федеральном университете?

Сейчас ученые УрФУ совместно с Институтом высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) Уральского отделения Российской академии наук работают над созданием высокоэффективных электрохимических устройств и автономных генераторов электроэнергии для применений в распределенной энергетике. Создание энергоустановок для распределенной энергетики изначально подразумевает разработку гибридных систем на основе генератора электроэнергии и накопителя, в качестве которых выступают аккумуляторы. При этом топливный элемент работает постоянно, обеспечивая нагрузку в пиковые часы, а в холостом режиме заряжает аккумулятор, который может сам выступать резервом как в случае высокого энергопотребления, так и в случае внештатных ситуаций.

Наибольших успехов химики УрФУ и ИВТЭ достигли в области разработки твердо-оксидных и протонно-керамических топливных элементов. Начиная с 2016 года на Урале вместе с ГК «Росатом» создается первое в России производство энергоустановок на основе твердо-оксидных топливных элементов. Разработка уральских ученых уже прошла «натурные» испытания на станции катодной защиты газотрубопроводов на экспериментальной площадке ООО «Уралтрансгаз». Энергоустановка с номинальной мощностью 1,5 киловатта отработала более 10 тысяч часов и показала высокий потенциал применения таких устройств.

В рамках совместной лаборатории УрФУ и ИВТЭ ведутся разработки электрохимических устройств на основе протонпроводящей керамической мембраны. Это позволит в ближайшем будущем снизить рабочие температуры для твердо-оксидных топливных элементов с 900 до 500 градусов Цельсия и отказаться от предварительного риформинга углеводородного топлива, создав, таким образом, экономически эффективные электрохимические генераторы, способные работать в условиях развитой в России инфраструктуры газоснабжения.

Источник